Förbättrad återvinning av ädelmetaller genom avancerade våtkloreringsprocesser

Avancerade och hållbara innovationer inom återvinning av ädelmetaller

Kopparanodslam innehåller stora mängder guld och silver, men återvinning av dessa genom våtklorering kräver en svår balans mellan kemisk precision och miljömässig stringens. En helt hydrometallurgisk process har utvecklats för att återvinna guld, silver, platinagruppsmetaller och andra biprodukter från dessa restprodukter från kopparns elektroraffinering.

Denna artikel presenterar hållbara utvecklingar inom slambehandling, med särskilt fokus på optimering av lakning av ädelmetaller och selen. Genom att använda kontinuerlig, in-line övervakning av oxidations-reduktionspotentialen (ORP) kan verksamheten fastställa den exakta slutpunkten för lakningsreaktionen. Denna precision leder till en betydande minskning av kostsamma reagenser, ökade utbyten och förbättrad övergripande effektivitet.

Figur 1: Flödesschema över materialflödet vid slambehandling i ädelmetallanläggningen; Våtklorering vid gruvdrift

Strategisk resursåtervinning och hållbar metallurgi

Hållbar utveckling har blivit en integrerad del av modern mineralbearbetning. För att förbli konkurrenskraftiga måste gruvföretag fokusera på att maximera resursutvinningen och anta tekniska framsteg som förbättrar lönsamhet, säkerhet och driftsmässig effektivitet. Ett viktigt område för sådana förbättringar är behandlingen av anodslam från koppar—det olösliga material som frigörs under elektrolysreningen. Dessa slam är en komplex blandning av koppar, guld, silver, selen, tellur och platinagruppsmetaller. Traditionella återvinningsmetoder ersätts av avancerade hydrometallurgiska processer, såsom våtklorering, som erbjuder ett säkrare och mer precist alternativ till elementär klorgas.

Denna artikel beskriver processkemin och de tekniska innovationer som utvecklats av Dr. Shijie Wang vid Rio Tinto Kennecott Copper Refinery, och som möjliggör en mer slimmad och produktiv guldurlakningsprocess.

Figur 1: Flödesschema över materialflödet vid slambehandling i ädelmetallanläggningen

Principer för hållbar hydrometallurgi

Modern mineralbearbetning definieras av strävan efter "total resursåtervinning." Utöver den primära kopparproduktionen avgör förmågan att effektivt isolera högvärdesämnen som guld och selen raffinaderiets långsiktiga lönsamhet och miljöpåverkan. Hållbar utveckling i detta sammanhang fokuserar på:

Maximera resursvärdet

Återvinning av spårhalter av PGM och selen som tidigare förlorades till restprodukten.

Driftsmässig effektivitet

Eliminera flaskhalsar som skumbildning i tankar och överklorering.

Säkerhet och ansvarstagande

Genom att använda säkrare alternativa oxidationsmedel och minska kemiskt avfall.

Processflödet för anodslam

I elektroraffineringsprocessen samlas olösliga material — slam — i botten av cellerna. Dessa slam innehåller varierande koncentrationer av Au, Ag, Se, Te, Pb och PGM. En modern, optimerad återvinningskrets följer vanligtvis dessa steg:

Förtjockning och filtrering

Slam samlas in som en slurry, förtjockas och filtreras för att återvinna elektrolyt.

Avkoppring

Slammar lakas med svavelsyra och syre i autoklaver för att avlägsna koppar.

Våtklorering

Det centrala steget där guld och selen löses upp.

Lösningsmedelsextraktion

Guld isoleras med organiska extraktionsmedel (t.ex. dibutylkarbitol) och reduceras därefter.

Restbearbetning

Slutlig lakning med vattenlösning av ammoniak eller natriumkarbonat för att återvinna bly och silver.

Våtklorering är att föredra för slam med höga guld-till-silver-förhållanden. Denna process använder en kontrollerad tillsats av väteperoxid (H₂O) i en omrörd slurry av slam i saltsyra (HCl).

Reaktionsmiljön oxiderar och löser upp guld och selen samtidigt som blysulfater omvandlas till klorider. Emellertid kan sidoreaktioner leda till katalytisk nedbrytning av reagenserna om de inte övervakas noggrant. De primära kemiska reaktionerna omfattar:

Omvandling av blysulfat till blyklorid: PbSO₄ + 2HCl → PbCl₂ + H₂SO₄

Oxidation och upplösning av silverselenid: Ag₂Se + 2HCl + 3H₂O₂ → H₂SeO₃ + 2AgCl + 3H₂O

Klorering av gulmetall: 2Au + 8HCl + 3H₂O₂ → 2HAuCl₄ + 6H₂O

Bildning av klor från väteperoxid och saltsyra: 2HCl + H₂O2 → Cl2 + 2H₂O

Nedbrytning av väteperoxid till syre och vatten: H₂O₂ → ½ O₂ + H₂O

För att förhindra operativa flaskhalsar som snabb skumbildning (ofta orsakad av syreutvecklingen i reaktion 5) och för att minimera bildningen av klorgas måste doseringen av reagenser kontrolleras noggrant utifrån realtidsdata.

Figur 2: Styrdiagram för våtkloreringsprocessen

Steget med våtklorering är den främsta värdedrivaren i anläggningen för ädelmetaller. Eftersom reaktionen är starkt exoterm och benägen att snabbt bilda gas räcker manuell provtagning inte för att upprätthålla säkerhet och effektivitet. Exakt styrning krävs för att förhindra två ytterligheter: otillräcklig lakning, vilket lämnar kvar guld av högt värde i det fasta restmaterialet, och överklering, vilket leder till onödigt höga reagenskostnader och bildning av farlig klorgas.

ORP-övervakning ger en kontinuerlig indikator i realtid på lösningens oxidativa tillstånd. I en kloreringsmiljö korrelerar den "oxiderande styrkan" direkt med koncentrationen av lösta oxidationsmedel och hur långt metallupplösningen har fortskridit.

Mätningen utförs med en kombinerad pH/ORP-sensor. Medan pH-glaselektroden övervakar surhetsgraden fungerar platinamelektroden (Pt) som elektron-donator eller -acceptor.

I en oxiderande miljö "drar" lösningen elektroner från platinaelektroden, vilket skapar en positiv millivoltpotential (mV).

I en reducerande miljö "trycker" lösningen elektroner mot platinaelektroden, vilket skapar en negativ potential.

Denna spänningsskillnad mot en stabil referenselektrod ger de detaljerade data som behövs för att automatisera H₂O₂-matningen. När guldet löses upp förskjuts mV-avläsningen förutsägbart, vilket möjliggör ett digitaliserat "fingeravtryck" av lakningscykeln.

Förhållandena inne i en våtkloreringsbehållare är ökända för att vara mycket ogynnsamma för känslig instrumentering. Höga koncentrationer av saltsyra, slipande suspenderade fasta ämnen och tendensen att blyklorider bildar beläggningar kan snabbt leda till nedsmutsning av sensorer eller förgiftning av referensövergången. För att säkerställa tillförlitliga mätningar dygnet runt utan ständig manuell intervention använder moderna anläggningar automatiserade underhållssystem för sensorer:

Utdragbart hölje

Dessa pneumatiska enheter gör det möjligt att ta ut givaren från det trycksatta processflödet utan att leachcykeln behöver stoppas.

Läs mer

Integrerad rengöring

När givaren har dragits tillbaka till en spolningskammare spolas den med vatten eller rengöringsmedel för att avlägsna mineralavlagringar och biologisk påväxt.

Läs mer

Fasta polymerelektrolyter

Till skillnad från traditionella vätskefyllda sensorer motstår fasta elektrolyter inträngning av processkemikalier, vilket förhindrar "förgiftning" av referenssystemet.

Läs mer

Diagrammet i figur 4 visar integreringen av EasyClean™-rengöringssystemet i mätpunkten. En realtidsregistrering av ORP-mätningarna i förhållande till doseringen av H₂O₂ visas i figur 5.

Figur 4: Illustration av ORP-mätsystemet

Det yttersta målet med inline-övervakning är att identifiera reaktionens kinetiska slutpunkt. När H₂O₂ tillsätts stiger ORP-värdet. En platå i mV-kurvan—vanligtvis observerad vid eller över 700 mV—indikerar att guldet har komplexbundits fullständigt till HAuCl_4.

Genom att följa denna kurva i realtid kan operatörer övergå till fasen "Ending Check" omedelbart när processen är klar.

Detta datadrivna arbetssätt eliminerar "säkerhetsmarginalen" med överdosering av kemikalier, minskar reagenskostnaderna avsevärt och säkerställer samtidigt att guldförlusterna i raffinatet hålls till ett absolut minimum.

Figur 5: ORP-mätning inline

Övergången från traditionella, manuella lakningsmetoder till automatiserad, fullt hydrometallurgisk återvinning innebär ett betydande steg framåt i raffinaderiers utveckling. Återvinningen av ädelmetaller från kopparanodslam är inte längre en fråga om kemisk tillsats med "rå kraft", utan en disciplin för precisionsstyrning.

Genom att integrera avancerad teknik—specifikt intelligent, inline ORP-övervakning och automatiserat sensorunderhåll—kan raffinaderier övervinna de inneboende utmaningarna i tuffa processmiljöer.

Förmågan att i realtid fastställa den kinetiska slutpunkten för guldlakningsreaktionen ger en tredimensionell nytta:

Ekonomisk	Operativ	Miljömässig
Maximerade utbyten av guld, silver och PGM med en betydande minskning av förbrukningen av kostsamma reagens som H₂O₂ och HCl.	Eliminering av flaskhalsar i processen, såsom skumbildning i tankar och förseningar vid manuella provtagningar, genom digitaliserad logik och prediktiv diagnostik.	Ökad säkerhet genom användning av flytande oxidationsmedel och ett minskat kemikalieavtryck, vilket anpassar metallurgisk prestanda till globala hållbarhetsramverk.

I slutändan säkerställer skiftet mot datadriven hydrometallurgi att raffinaderier förblir konkurrenskraftiga i ett landskap med svängande råvarupriser och skärpta regleringar. Genom att införa dessa intelligenta sensorsystem går "Total Resource Recovery" från ett konceptuellt mål till en operativ verklighet, vilket säkrar en hållbar och lönsam framtid för produktion av ädelmetaller.

Sökförslag

Förbättrad återvinning av ädelmetaller genom avancerade våtkloreringsprocesser

Avancerade och hållbara innovationer inom återvinning av ädelmetaller

Strategisk resursåtervinning och hållbar metallurgi